فناوری نانو چیست؟

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی به‌زبان ساده شاخه‌ای از علم است که به‌کمک آن می‌توان ماده‌ای جدید در مقیاس بسیار کوچک طراحی و تولید کرد. منظور از مقیاس کوچک، مقیاس نانو است که با واحد نانومتر اندازه‌گیری می‌شود. یک نانومتر برابر با یک‌میلیاردم متر است. اگر درک اندازه کوچک واحد نانومتر دشوار است، هیچ نگران نباشید چراکه ستاد فناوری نانو در آمریکا (NNI) مثال‌هایی برای درک بهتر این اندازه تدارک دیده است. این هم شماری از مثال‌ها برای راحت‌تر واحد نانومتر را درک کنید:یک ورق کاغذ حدود ۱۰۰هزار نانومتر ضخامت دارد.اندازه یک اتم حدود ۰٫۱ تا ۰٫۵ نانومتر است.قطر یک رشته دی‌ان‌ای انسان ۲٫۵ نانومتر است.یک تار موی انسان ۸۰هزار تا ۱۰۰هزار نانومتر ضخامت دارد.حال که درک بهتری از اندازه نانومتر دارید، باید بگوییم سازه‌هایی که به‌کمک فناوری نانو تولید می‌شوند اندازه‌ای بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر دارند. این سازه‌ها تحولی در حوزه‌های مختلف، از پزشکی گرفته تا ساخت‌وساز، ایجاد کرده‌اند و هم‌اکنون عنصری حیاتی برای پیشرفت این حوزه‌ها محسوب می‌شوند.تاریخچه فناوری نانو ?ریچاردفاینمن؛پدرفناورینانو سال‌ها پیش از اینکه عبارت نانوتکنولوژی به کار برود، ریچارد فاینمن (Richard Feynman)، فیزیک‌دان، ایده‌اش را مطرح کرده بود. وی ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹ در جلسه‌ای در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، اظهاراتی کرد که منجر به شکل‌گیری ایده اولیه علم نانو شد. ریچارد فاینمن در آن جلسه درباره فرایندی صحبت کرد که دانشمندان با آن می‌توانستند اتم‌ها و مولکول‌ها را جداگانه کنترل کنند. سال‌ها بعد، پروفسور نوریو تانیگوچی با ادامه تحقیقات فاینمن نام «نانوتکنولوژی» را برای این علم جدید برگزید. درنهایت سال ۱۹۸۱ با تولید میکروسکوپ‌هایی برای دیدن اتم‌ها، فناوری نانو مدرن ایجاد شد.نانوتکنولوژی کجا استفاده می‌شود؟فناوری نانو در هر حوزه‌ای ردپایی از خود بر جای گذاشته است و همچنان جای پیشرفت دارد. مثلا طبق گزارش «مارکت واچ» (MarketWatch) ارزش بازار جهانی نانوتکنولوژی در سال ۲۰۲۱ به ۱٫۳میلیارد دلار رسید و پیش‌بینی می‌شود تا پایان سال ۲۰۳۰ این مبلغ به ۳۴٫۳میلیارد دلار برسد. با توجه به تحولاتی که فناوری نانو در زمینه‌های مختلف ایجاد کرده است، چنین آینده‌ای دور از انتظار نیست. در این بخش مهم‌ترین کاربردهای نانوتکنولوژی را معرفی می‌کنیم. لازم به ذکر است که کاربرد فناوری نانو تنها به موارد ذکرشده محدود نمی‌شود و گسترده‌تر است.۱. نانوموادمی‌توان نانومواد را مهم‌ترین دستاورد علم نانو خواند. پیشرفت علم و فناوری نانو منجر به تولید نانومواد شد. نانومواد در لوازمی که روزمره از آنها استفاده می‌کنیم، از پارچه لباس‌هایمان گرفته تا صفحه دوربین و عینک، استفاده می‌شود. حال ممکن است این سؤال در ذهن شما پررنگ شود که فناوری نانو چیست و چه کاربردی دارد؟ در پاسخ باید بگوییم علم نانو سبب بهبود مواد به‌کاررفته در لوازم می‌شود. به این صورت که بسته به نوع لوازم، مقاومت آنها را افزایش می‌دهد، رسانایی بهتری به آنها می‌بخشد یا ویژگی‌های بهبودیافته‌ای در آنها به ایجاد می‌کند.۲. پزشکیحوزه پزشکی به‌کمک نانوتکنولوژی دستخوش تغییرات مثبت بزرگی شده است. این فناوری در ترفندهای ورزش‌درمانی، تشخیص بیماری‌ها و راه‌های دارورسانی مؤثر کاربرد دارد. برای درک بهتر اهمیت فناوری نانو در حوزه پزشکی شرکت بیوتکنولوژی اِم‌سی‌اِل (MCL) را مثال می‌زنیم که موفق شد پلتفرم دارورسانی نانوسل (NanoCelle) را ایجاد کند. نانوسل داروی مدنظر را که از طریق دهان وارد بدن شده است، به بخش‌هایی با اندازه نانو تبدیل می‌کند و آنها را مستقیم وارد جریان خون بیمار می‌کند. این شرکت به‌تازگی وعده واکسن بینی کووید ۱۹ را داده است که با پلتفرم نانوسل استفاده می‌شود.۳. صنایع غذاییفناوری نانو در صنایع غذایی بسیار پرکاربرد است و از آماده‌سازی غذا گرفته تا بسته‌بندی آن، حضوری پررنگ دارد. هنگام فراوری غذا، به‌کمک نانوتکنولوژی طعم و رنگ جذاب‌تری به محصول داده می‌شود و همچنین بسته‌بندی نانو باعث افزایش ماندگاری محصول می‌شود. کشاورزان هم می‌توانند با استفاده از نانومواد با خیال راحت‌تری از آفت‌کش‌ها استفاده کنند. کشاورزانی که از نانومواد در کشت خود استفاده می‌کنند، می‌توانند در جریان میزان سم دریافتی و همچنین مواد مغذی دریافت‌شده توسط محصول باشند.۴. الکترونیکلوازم الکترونیکی روزبه‌روز کوچک‌تر و جمع‌وجورتر می‌شوند. مثلا سال ۲۰۱۵ شرکت بی‌ام‌آی (BMI) اعلام کرد از ترانزیستورهای ۷نانومتری استفاده می‌کند. چند سال بعد همین شرکت ترانزیستورهای ۵نانومتری تولید کرد و درنهایت سال ۲۰۲۱ ترانزیستورهای ۲نانومتری را روانه بازار کرد که عملکرد بهتری از نسخه‌های پیشین داشتند. یکی از عوامل اصلی کاهش اندازه و وزن لوازم الکترونیکی فناوری نانو است. البته کاربرد نانو تنها به این مسئله ختم نمی‌شود و رسانایی، مقاومت و دوام لوازم الکترونیکی را نیز بهبود می‌بخشد.۵. پوشاککاربرد نانو در تولید پارچه و پوشاک یکی از اولین کاربردهای نانو بود که عموم مردم از آن مطلع شدند. با نانو امکان ضدآب‌کردن لباس‌ها فراهم می‌شود، مشخصه‌ای که بیشتر در ژاکت‌های بارانی و چترها دیده می‌شود. کاربرد دیگر نانو در پوشاک قابلیت ضدباکتریایی است که در لباس‌هایی همچون تیشرت، شلوار و جوراب ایجاد می‌کند. در واقع نانوذره‌هایی که روی این لباس‌ها می‌نشینند، باکتری‌هایی را که بوی بد تولید می‌کنند از بین می‌برند و درنتیجه لباس‌ها مدت بیشتری تمیز می‌مانند. در حالت پیشرفته‌تر، نانوذره‌هایی داریم که از چروک‌شدن پارچه هم جلوگیری می‌کنند.۶. انرژی تجدیدپذیرفناوری نانو در حوزه انرژی تجدیدپذیر، کارایی سلول‌های خورشیدی را ارتقا داده است. البته جالب است بدانید فناوری نانو تنها در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده نمی‌شود و روی انرژی‌های تجدیدناپذیر هم اثر زیادی دارد. مثلا راهکارهای حفظ منابعی همچون نفت و گاز تحت‌تأثیر نانو پیشرفت‌هایی کرده‌اند.۷. محیط‌زیستفناوری نانو از جنبه‌های مختلفی روی محیط‌زیست اثر می‌گذارد. یکی از مشکلات زیست‌محیطی که سلامت کره زمین را تهدید می‌کند، آلودگی آب‌هاست. ستاد فناوری نانو در آمریکا موفق شده است غشایی تولید کند که آلودگی فسفات در رودها و دریاچه‌ها را مهار می‌کند. علاوه بر این، شرکت نانومحور دیگری فیلترهایی برای دستگاه‌های تهویه مطبوع تولید کرده است که در کنار پاک‌سازی هوای اتاق، ویروس‌هایی را که از طریق هوا منتقل می‌شوند نیز از بین می‌برد. کاربرد جدیدتری که در این حوزه دیدیم به سال ۲۰۲۰ برمی‌گردد که برای زمان فراگیری کووید ۱۹، فیلتر هوایی تولید شد که هم خود را استریل می‌کرد و هم هوای اطراف را تصفیه.۸. لوازم بهداشتی و آرایشیلوازم بهداشتی، مراقبتی یا آرایشی که از فناوری نانو بهره می‌برند، دارای نانوذره‌هایی هستند که ویژگی خاصی به آنها می‌دهند یا بافت آنها را بهبود می‌بخشند. مثلا تیتانیوم دی اکساید و زینک اکساید که از عناصر اصلی کرم ضدآفتاب هستند، نور اطراف را جذب می‌کنند و ظاهری براق و نه‌چندان جالب به مصرف‌کننده می‌بخشند. حال اگر برای تولید ضدآفتاب از علم نانو استفاده شود، بافت سبک‌تری دارد و رد براقی از خود به‌ جای نمی‌گذارد.مزایای فناوری نانوبهبود مواد اولیه: نانومواد در مقایسه با مواد اولیه عادی، مقاومت و ماندگاری بیشتر و وزن کمتر دارد و در صنایع مختلف سبب پیشرفت‌های مهمی می‌شود.پیشرفت بهینه‌سازی مصرف انرژی: استفاده از نانومواد برای تولید باتری‌ها، سلول‌های خورشیدی و سلول‌های سوختی باعث می‌شود کمتر به انرژی‌های تجدیدناپذیر همچون سوخت‌های فسیلی وابسته باشیم.ارتقای روش‌های پزشکی: با استفاده از نانو داروها و روش‌هایی با تأثیر بیشتر تولید می‌شوند. علاوه بر این، با نانو شاهد تولید لوازم پزشکی جدیدتر و کارآمدتری هستیم.بهبود تصفیه آب: اگر در تولید فیلترهای آب از نانومواد استفاده شود، نتیجه‌ بهتر خواهد بود. نانومواد در جداسازی ذرات آلاینده از آب نقش بسزایی دارد.بهبود کیفیت غذا: به‌کمک نانو، حسگرهایی تولید شده‌اند که می‌توانند آلودگی غذا را تشخیص دهند. همچنین برای تولید کودها و آفت‌کش‌های سازگار با محیط‌زیست فناوری نانو مفید بوده است.معایب فناوری نانوخطر زیست‌محیطی و جانی: هنوز خطر استفاده از فناوری نانو در بلندمدت مشخص نشده است. ممکن است استفاده طولانی از نانومواد، به‌خصوص در غذا، باعث آسیب‌زدن به سلامت انسان و محیط‌زیست شود.خطر اقتصادی: پیش‌بینی می‌شود وجود فناوری نانو در برخی زمینه‌ها نابرابری اقتصادی ایجاد کند. مثلا نانوکامپیوتر از قوی‌ترین کامپیوترهای عادی هم صدها برابر عملکرد بهتری دارد. حال کسانی که به این فناوری دسترسی دارند، می‌توانند در حوزه‌های مختلف سود بیشتری ببرند. علاوه بر این مسئله، نانوکامپیوترها با خودکارکردن برخی از کارها باعث می‌شوند برخی مشاغل از بین بروند.خطر نظامی: پیشرفت نانو نگرانی‌هایی درباره مسائل اخلاقی به همراه داشته است. بسیاری نگران‌اند که نانو برای پیشرفت سلاح‌ها و ابزار جاسوسی استفاده شود.جمع بندیهمان‌ طور که خواندید، فناوری نانو قابلیت برپایی انقلاب در صنایع مختلف را دارد. شاید پیش از خواندن این مقاله گمان می‌کردید کاربرد نانو فقط به لباس‌ها یا لوازم بهداشتی محدود می‌شود، اما حالا می‌دانید اهمیت این فناوری ابعاد گسترده‌تری دارد. هنوز زمان زیادی مانده است تا تأثیرات نانو بر زندگی ما و محیط‌زیست مشخص شود و این فناوری همچنان باید امتحان خود را پس بدهد.منبع: چطور